Phần thứ năm Máy điện đồng Chơng 19 Đại cơng máy điện đồng Máy điện đồng đợc sử dụng rộng r i công nghiệp Phạm vi sử dụng biến đổi thành điện năng, nghĩa làm máy phát điện Điện ba pha chủ yếu dùng kinh tế quốc dân đời sống sản xuất từ máy phát điện quay tuabin khí nớc Máy điện đồng đợc dùng làm động cơ, đặc biệt thiết bị lớn, khác với động không đồng bộ, chúng có khả phát công suất phản kháng Thông thờng máy đồng đợc tính toán cho chúng phát công suất phản kháng gần công suất tác dụng Trong số trờng hợp, việc đặt máy đồng gần trung tâm công nghiệp lớn để phát công suất phản kháng đủ bù hệ số công suất cos cho lới điện hợp lý Những máy nh đợc gọi máy bù đồng Các động đồng công suất nhỏ (đặc biệt động kích từ nam châm vĩnh cửu) đợc dùng rộng r i trang bị tự động điều khiển 19-1 Nguyên lý lm việc máy điện đồng Nếu sơ đồ hình 1-1 ta đem thay hai vành đổi chiều hai vành trợt tì hai chổi than A B khung dây abcd quay với tốc độ không đổi n, hai vành trợt mạch khép kín qua tải ta có đợc s.đ.đ dòng điện xoay chiều có tần số f = pn , p số đôi cực máy Đó nguyên lý làm 60 việc máy điện đồng pha Thờng máy điện đồng cực từ đợc đặt rôto, dây quấn phần ứng (khung dây) đợc đặt phần tĩnh (stato) gồm ba cuộn dây đặt lệch không gian 1200 góc độ điện, đấu thành hình (Y) hay tam giác ( ) nh hình 20-1 n n b) a) Hình 19-1 Sơ đồ nguyên lý máy điện đồng ba pha a) Đấu hình Y; b) Đấu tam giác 86 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Cũng nh máy điện quay khác, máy điện đồng có tính thuận nghịch: làm máy phát điện động điện 19.1.1 Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng Khi động sơ cấp quay rôto máy phát tới tốc độ định mức, đồng thời cho dòng điện chiều vào dây quấn rôto (dây quấn kích thích), rôto trở thành nam châm điện, từ trờng rôto quét qua dẫn dây quấn stato (dây quấn phần ứng) làm cảm ứng nên chúng s.đ.đ xoay chiều Tần số s.đ.đ cảm ứng là: f = pn 60 (19-1) n tốc độ quay rôto, p số đôi cực máy Giá trị hiệu dụng s.đ.đ cảm ứng pha dây quấn phần ứng là: E = 4,44f.W.kdq.0 (19-2) đó: - từ thông khe hở dới cực từ; W - số vòng dây pha dây quấn phần ứng; kdq - hệ số dây quấn Khi dây quấn phần ứng máy đợc nối với phụ tải bên ngoài, dòng điện ba pha đối xứng lệch góc 120 thời gian chạy dây quấn ba pha đặt lệch góc 1200 không gian tạo từ trờng quay quay với tốc độ là: n1 = 60 f p (19-3) So sánh (19-1) (19-3) ta thấy n = n1, nghĩa tốc độ quay rôto tốc độ từ trờng quay Chính mà máy điện đợc gọi máy điện đồng Trong máy điện đồng bộ, từ trờng cực từ dòng điện chiều sinh từ trờng quay dòng điện xoay chiều ba pha sinh tốc độ tơng đối Từ trờng khe hở không khí tổng hợp từ trờng cực từ từ trờng quay làm sở cho quan hệ điện từ biến đổi lợng máy điện đồng 19.1.2 Nguyên lý làm việc động điện đồng A Cho dòng điện ba pha iA, iB, iC vào dây quấn ba pha stato, dòng điện ba pha stato sinh từ trờng quay với tốc độ n1 = 60 f Ta p hình dung từ trờng quay stato nh nam châm có hai cực quay đợc nét đứt hình 19-2 Đồng thời cho dòng điện chiều vào dây quấn rôto, rôto biến thành nam châm điện Tác dụng tơng hỗ từ trờng stato từ trờng rôto tạo lực tác dụng lên rôto Từ trờng stato quay với tốc độ n = n1 nên lực tác n1 N S B C Hình 19-2 Nguyên lý làm việc động đồng 87 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com dụng kéo rôto quay với tốc độ n = n1 Nếu trục rôto nối với máy sản xuất động đồng kéo máy quay với tốc độ n Chú ý: Động điện chiều động điện không đồng làm việc theo nguyên tắc lực điện từ tác dụng Còn động điện đồng làm việc theo nguyên tắc lực tác dụng hai từ trờng 19-2 Phân loại v kết cấu máy điện đồng 19.2.1 Phân loại Theo kết cấu chia máy điện đồng thành hai loại: máy đồng cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2p = 2) máy đồng cực lồi thích hợp với tốc độ quay thấp ( 2p 4) Theo chức năng, chia máy điện đồng thành loại chủ yếu sau: Máy phát điện đồng Máy phát điện đồng thờng đợc kéo tuabin tuabin nớc đợc gọi máy phát tuabin máy phát tuabin nớc Máy phát tuabin có tốc độ quay cao, đợc chế tạo theo kiểu có cực ẩn có trục máy đặt nằm ngang Máy phát điện tuabin nớc thờng có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi nói chung cực máy đợc đặt thẳng đứng Trong trờng hợp máy phát điện có công suất nhỏ cần di động thờng dùng điezen làm động sơ cấp đợc gọi máy phát điện điêzen Máy phát điện điêzen thờng có cấu tạo cực lồi Động điện đồng Động điện đồng thờng đợc chế tạo theo kiểu cực lồi đợc sử dụng để kéo tải không đòi hỏi phải thay đổi tốc độ, với công suất chủ yếu từ 200 kW trở lên Máy bù đồng Máy bù động chủ yếu dùng để cải thiện hệ số công suất cos lới điện Ngoài loại có máy điện đồng đặc biệt nh máy biến đổi phần ứng, máy đồng tần số cao, máy đồng công suất nhỏ dùng tự động, nh động đồng nam châm vĩnh cửu, động đồng phản kháng, động đồng từ trễ, động bớc, 19.2.2 Kết cấu máy điện đồng Để thấy rõ đặc điểm kết cấu máy điện đồng bộ, ta xét riêng rẽ kết cấu máy cực ẩn máy cực lồi Kết cấu máy đồng cực ẩn Rôto máy đồng cực ẩn có lõi thép làm thép hợp kim chất lợng cao, đợc rèn thành khối hình trụ, sau gia công phay r nh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay r nh rôto Hình Mặtcắt cắtngang ngang Hình 19-3: 19-3 Mặt trục củalõi lõithép théprôto rôto trục 88 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com hình thành mặt cực từ Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto nh hình vẽ 19-3 Các máy điện đồng đại cực ẩn thờng đợc chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay rôto 3000 vg/ ph để hạn chế lực ly tâm, phạm vi an toàn thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rôto, đờng kính D rôto không đợc vợt 1,1 ữ 1,15 m Để tăng công suất máy, tăng chiều dài l rôto Chiều dài tối đa rôto vào khoảng 6,5 m Dây quấn kích từ đặt r nh Đờng sức từ rôto (hình 19-4), đợc chế tạo từ Dây quấn kích từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành bối Lõi thép rôto dây đồng tâm Các vòng dây Dây quấn stato bối dây đợc cách điện với lớp mica mỏng Để Vòng trợt cố định ép chặt dây quấn kích từ Lõi thép stato r nh, miệng r nh đợc nêm Dây quấn kích từ kín bới nêm thép không từ tính Phần đầu nối (nằm r nh) dây quấn kích từ Hình 19-4 Mặt cắt ngang đợc đai chặt ống trụ thép máy điện đồng cực ẩn không từ tính Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vành trợt đặt đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dòng điện kích từ chiều Dòng kích thích đợc cung cấp từ máy phát kích thích, máy kích từ thờng đợc nối trục có trục chung với máy đồng Stato máy đồng cực ẩn bao gồm lõi thép, có đặt dây quấn ba pha thân máy, nắp máy Lõi thép stato đợc ép tôn silic dày 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện Dọc chiều dài lõi thép stato cách khoảng ữ cm lại có r nh thông gió ngang trục, rộng 10 mm Lõi thép stato đợc đặt cố định thân máy Trong máy đồng công suất trung bình lớn, thân máy đợc chế tạo theo kết cấu khung thép, mặt bọc thép dát dày Thân máy phải thiết kế chế tạo để cho hình thành hệ thống đờng thông gió làm mát máy điện Nắp máy đợc chế tạo từ thép từ gang đúc máy đồng công suất trung bình lớn, ổ trục không đặt nắp máy mà giá đỡ ổ trục đặt cố định bệ máy Kết cấu máy phát điện đồng cực ẩn đợc trình bày hình 19-5 Hình 19-5 Máy phát điện tuabin (cực ẩn) Phần kích thích; vỏ máy; lõi thép stato; phận làm lạnh khí hyđrô; rôto 89 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Kết cấu máy đồng cực lồi Máy đồng cực lồi thờng có tốc độ quay thấp, khác với máy đồng cực ẩn, đờng kính rôto D lớn tới 15 m chiều dài l lại nhỏ với tỉ lệ l/D = 0,15 ữ 0,2 Rôto máy điện đồng cực lồi nh hình 19-6 Rôto máy điện đồng công suất nhỏ trung bình có lõi thép đợc chế tạo thép đúc gia công thành khối lăng trụ khối hình trụ (bánh xe) mặt có đặt cực từ máy lớn, lõi thép đợc hình thành thép dày ữ Hình 19-6 Rôto máy phát điện đồng cực lồi mm, đợc dập đúc định hình sẵn để ghép thành khối lăng trụ lõi thép thờng không trực tiếp lồng vào trục máy mà đợc đặt giá đỡ rôto, giá lồng vào trục máy Cực từ đặt lõi thép rôto đợc ghép thép dày ữ 1,5 mm Việc cố định cực từ lõi thép đợc thực nhờ đuôi hình T bulông xuyên qua mặt cực vít chặt vào lõi thép rôto (hình 19-7) Hình 19-7 Cực từ máy điện đồng cực lồi thép cực từ, dây quấn kích thích, 3.đuôi hình T, nêm, lõi thép rôto Hình 19-8 Dây quấn cản (dây quấn mở máy) máy điện đồng Dây quấn kích từ đợc chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành cuộn dây Cách điện vòng dây lớp mica amiăng Các cuộn dây sau đ gia công đợc lồng vào thân cực Dây quấn cản (trờng hợp máy phát đồng bộ) dây quấn mở máy (trờng hợp động đồng bộ) đợc đặt đầu cực Các dây quấn giống nh dây quấn kiểu lồng sóc máy điện không đồng bộ, nghĩa làm đồng đặt vào r nh đầu cực đợc nối hai đầu hai vòng ngắn mạch (hình 19-8) Dây quấn mở máy khác dây quấn cản chỗ điện trở dẫn lớn Stato máy đồng cực lồi có cấu tạo tơng tự nh máy đồng cực ẩn 90 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Mặt cắt ngang máy điện đồng cực lồi nh hình 19-9 Trục máy đồng cực lồi đặt nằm ngang nh động đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát điện điezen máy phát tuabin nớc công suất nhỏ tốc độ quay tơng đối lớn (khoảng 200 vg/ph) trờng hợp máy phát tuabin nớc công suất lớn, tốc độ chậm , trục máy đợc đặt thẳng đứng Khi trục máy đặt thẳng đứng, ổ trục đỡ quan trọng Nếu ổ trục đỡ đặt đầu trục máy thuộc kiểu treo, đặt đầu dới trục máy thuộc kiểu dù (hình 19-10) Dây quấn stato Mặt stato Lõi thép stato Dây quấn kích từ Mặt cực từ Mặt cực từ Lõi sắt rôto Lồng sóc khuyết Trục Cuộn dây kích từ a) b) Hình 19-9 Mặt cắt ngang máy điện đồng cực lồi có 2p = máy phát tuabin nớc kiểu treo, xà đ ỡ tựa vào thân máy, tơng đối dài phải khoẻ chịu toàn trọng lợng rôto máy phát, rôto tuabin nớc xung lực nớc vào tuabin Nh vậy, kích thớc xà đỡ lớn, tốn nhiều sắt thép, đồng thời thân máy cao lớn tăng thêm chi phí xây dựng buồng đặt máy máy phát tuabin nớc kiểu dù, ổ trục đỡ tựa xà dới, xà đỡ dới đợc cố định gian máy, ngắn số máy ổ trục đỡ đợc đặt nắp tuabin nớc Trong hai trờng hợp giảm đợc vật liệu chế tạo (có thể tới vài trăm loại máy lớn) khiến cho thân máy buồng đặt máy thấp a) b) Hình 19-10 Sơ đồ kết cấu máy điện đồng trục đứng kiểu treo (a) kiểu dù (b): rôto; ổ trục đỡ; ổ trục định hớng; xà đỡ trên; xà đỡ dới; nối trục; tuabin; máy 91 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trên trục với máy phát tua bin thờng có đặt thêm máy phụ - máy kích thích, để cung cấp dòng điện chiều cho cực từ máy phát điện đồng máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho điều chỉnh tự động tuabin Kết cấu máy phát điện đồng tuabin nớc (kiểu cực lồi) đợc trình bày hình 19-11 Hình 19-11 Máy phát điện tuabin nớc phần kích từ; vỏ stato; lõi thép stato; cực rôto; lng rôto; ống lót rôto; xà đỡ 19-3 Các đại lợng định mức máy điện đồng Công suất có ích nghĩa công suất đầu máy tính toán theo điều kiện phát nóng làm việc lâu dài mà không bị h hỏng đợc gọi công suất định mức máy Các đại lợng có liên quan biểu thị cho chế độ làm việc đợc gọi lợng định mức đợc ghi nh n máy Trên nh n máy điện đồng có ghi số liệu sau đây: Kiểu máy; Số pha; Tần số (Hz); Công suất định mức (kW hay kVA); Điện áp dây (V, kV); Sơ đồ nối pha phần tĩnh; Các dòng điện stato rôto (A); Hệ số công suất; Tốc độ quay (vg/ph); 10 Cấp cách điện dây quấn stato rôto Ngoài nh n máy ghi tên nhà máy chế tạo, năm chế tạo Câu hỏi Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng động điện đồng ? Phân loại máy điện đồng theo chức năng? Vì lõi thép rôto máy điện đồng chế tạo đợc khối thép rèn thép dày mà không cần phải dùng đến tôn silic nh lõi thép stato? 92 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Chơng 20 Từ trờng máy điện đồng 20-1 Đại cơng Từ trờng máy điện đồng dòng điện dây quấn stato rôto sinh Khi máy điện làm việc không tải, dây quấn phần ứng (dây quấn stato) dòng điện (I = 0), từ trờng máy điện dòng điện chiều i t chạy dây quấn kích thích đặt cực từ sinh Nếu rôto quay, từ trờng cực từ quét dây quấn stato cảm ứng dây quấn s.đ.đ không tải E máy điện Khi máy làm việc có tải (I 0) từ trờng cực từ có từ trờng dòng điện tải I sinh Nếu máy ba pha từ trờng dòng điện tải ba pha chạy dây quấn ba pha sinh từ trờng quay Từ trờng quay phân tích thành từ trờng từ trờng bậc cao có chiều quay tốc độ quay khác Trong số từ trờng này, từ trờng quan trọng có tốc độ chiều quay giống nh từ trờng cực từ Tác dụng với từ trờng cực từ gọi phản ứng phần ứng Phản ứng phần ứng máy điện đồng có ảnh hởng nhiều đến từ trờng cực từ mức độ ảnh hởng phụ thuộc vào tính chất phụ tải nh cấu tạo cực ẩn cực lồi máy Kết máy làm việc có tải, dọc khe hở tồn từ trờng thống Chính từ trờng sinh sức điện động lúc có tải dây quấn stato Tuy nhiên, trờng hợp mạch từ máy không b o hoà, lúc phân tích ta xét riêng rẽ từ trờng cực từ, từ trờng phần ứng sức điện động từ trờng sinh ra, sau dùng nguyên lý xếp chồng để có từ trờng tổng khe hở, sức điện động dây quấn phần ứng máy làm việc có tải Trong chơng ta nghiên cứu riêng rẽ từ trờng nói tham số tơng ứng với từ trờng Vì máy điện đồng bộ, từ trờng cực từ dòng điện chiều sinh ra, từ trờng phần ứng dòng điện xoay chiều sinh ra, nên để đánh giá phản ứng phần ứng ta nêu lên cách quy đổi từ trờng dây quấn xoay chiều từ trờng cực từ ngợc lại 20-2 Từ trờng dây quấn kích thích (của cực từ) Dây quấn kích thích máy điện đồng cực ẩn máy điện đồng cực lồi có cấu tạo khác nên từ trờng chúng sinh có dạng khác nhau, dới ta chia thành hai trờng hợp để xét riêng biệt 20.2.1 Đối với máy điện cực lồi Ta h y xét máy điện đồng có p đôi cực Nếu gọi Wt số vòng dây quấn cực từ it dòng điện kích thích, sức từ động cực từ là: Ft = Wt it 2p 93 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com (20-1) Từ thông sức từ động sinh trờng hợp p = đợc trình bầy hình 20-1, t - từ thông qua khe hở móc vòng với dây quấn stato, t - từ thông tản cực từ Sự phân bố đờng từ lực mặt cực đợc trình bày hình 20-2a Do khe hở mặt cực phần ứng không đều: nhỏ cực lớn mỏm cực, nên mật độ từ thông mặt cực lớn mỏm cực Dùng phơng pháp chia từ thông khe hở thành đơn vị ống từ, chứng minh từ cảm B t điểm dọc mặt cực tỷ lệ nghịch với chiều dài khe hở điểm vẽ đợc tơng đối Hình 20-1 Từ trờng dây quấn xác đờng biểu diễn Bt dọc theo kích thích máy điện đồng bớc cực nh hình 20-2b Do khó khăn gia công độ cong mặt cực, nên tạo đợc phân bố từ cảm Bt theo hình sin, nhng đờng phân bố từ cảm không sin phân tích thành sóng sóng bậc cao Trong máy đồng bộ, sóng chủ yếu tạo nên s.đ.đ có tần số dây quấn stato, từ trờng bậc cao cực từ thờng nhỏ, s.đ.đ chúng sinh bị giảm chọn thích đáng bớc ng ắn y số r nh pha dới cực q dây quấn stato Sự khác sóng từ cảm Bt đợc biểu thị hệ số dạng sóng từ trờng: Kt = Btm1 Btm bc = (20-2) a) đó: Btm1- biên độ sóng bản; Bt Btm- trị số cực đại từ cảm Trị số Kt phụ thuộc vào tỷ số vào hệ số mặt cực = Thông thờng m Bt Btm1 bc Btm b) m = ữ 2,5 , -/2 = 0,67 ữ 0,75 Kt = 0,95 ữ 1,15 /2 Hình 20-2 Từ trờng dây quấn kích thích khe hở MĐĐB cực lồi Từ biểu thức (20-2) ta có: Btm1 = K t Btm = m W i Ft K t = t t K t K K d K K d p (20-3) đó: K - hệ số khe hở; Kd - hệ số b o hoà dọc trục cực từ 94 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Sau ta h y tính hệ số hỗ cảm tự cảm dây quấn kích thích máy điện đồng cực lồi Hệ số hỗ cảm Md đợc suy từ s.đ.đ hỗ cảm dây quấn stato từ thông móc vòng cực từ Nh đ biết, từ thông ứng với sóng từ cảm cực từ bằng: t1 = l wk Btm1 l = t t it k k d p (20-4) Khi rôto quay với tốc độ = 2f từ thông móc vòng với dây quấn stato có w vòng dây hệ số dây quấn k dq ứng với sóng từ trờng kích từ biến đổi theo quy luật hình sin: td = wkdqt1cost Vậy s.đ.đ hỗ cảm dây quấn stato là: e0 = đó: d tud = wk dq t1 sin t = E m sin t dt 0l wt k t it = M ud it = xdit k k d p E m = wk dq (20-5) Vậy hệ số hỗ cảm dây quấn kích thích dây quấn phần ứng là: M ud = 0l wk dq wt k t k k d p (20-6) điện kháng hỗ cảm tơng ứng: x d = .Md (20-7) Hệ số tự cảm dây quấn kích thích đợc suy từ toàn từ thông móc vòng với thân dây quấn kích thích bằng: Lt = Lt + Lt (20-8) đó: Lt - hệ số tự cảm dây quấn kích thích ứng với từ thông tản cực từ Biểu thức cho tài liệu thiết kế Lt - hệ số tự cảm dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở t cực từ Nếu gọi k hệ số có trị số tỷ số diện tích giới hạn đờng cong hình 20-2 với trục ngang thì: t = k.t1 (20-9) Kết hợp (20-9) với (20-4) suy ra: Lt = 0l wt2 wt t = kt k k k d p it (20-10) 20.2.2 Đối với máy điện cực ẩn trờng hợp máy đồng cực ẩn, đờng biểu diễn từ cảm B t cực từ có dạng hình thang nh hình 20-3 95 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Biên độ sóng từ trờng bằng: 4 B = Bt cosd = Btm cosd + Btm cosd = tm (1 ) 2 Btm1 (1 ) sin (20-11) Do đó: (20-12) a) tỷ số phần có quấn dây bớc cực bớc cực Thờng = 0,6 ữ 0,85, Kt = 1,065 ữ 0,965 Hệ số hỗ cảm Md dây quấn kích thích máy đồng cực ẩn đợc tính theo công thức (20-6) Hệ số tự cảm dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở Lt biểu thức (20-8) tính đợc theo biểu thức (20-10), k t tính theo (20-12) k có trị số: k = 2 kt B Bt Btm1 sin Btm B K t = tm = B tm b) (1-) d Hình 20-3 Từ trờng khe hở MĐĐB cực ẩn cách xác định biên độ sóng từ trờng (20-13) 20-3 Từ trờng phần ứng Khi máy điện làm việc có tải dòng điện dây quấn stato sinh từ trờng, từ trờng gọi từ trờng phần ứng Tu ỳ theo tính chất tải mà trục từ trờng phần ứng làm thành góc định với trục từ trờng cực từ Nh tác dụng từ trờng phần ứng với từ trờng cực từ hay phản ứng phần ứng mang tính chất khác tuỳ theo tính chất trở, dung hay cảm tải Ngoài máy điện cực ẩn khe hở đều, máy điện cực lồi khe hở dọc trục ngang trục khác nên s.đ.đ cảm ứng dây quấn phần tĩnh từ trờng phần ứng điện kháng từ trờng phần ứng hai loại máy hoàn toàn không giống cần đợc nghiên cứu riêng biệt 20.3.1 Phản ứng phần ứng ngang trục dọc trục Khi tải đối xứng trở dòng điện ba pha dây quấn stato trùng pha với s.đ.đ tơng ứng ( = 0) Giả thử s.đ.đ dòng điện ba pha 96 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com hình sin xét thời điểm iA = Im đồ thị vectơ dòng điện s.đ.đ nh hình 20-4a Ta h y xét tơng quan không gian từ trờng phần ứng từ trờng cực từ trờng hợp máy điện cực có số pha m = pha tợng trng vòng dây Trị số dòng điện bằng: E& A Y F I&A Ft Ft I&B E& C I iA = Im; iB = ic = m C F I&C A E& B S N Z X n B a) b) Hình 20-4 Đồ thị vectơ s.đ.đ (a) quan hệ không gian từ trờng cực từ từ trờng phần ứng (b) tải trở ( = 0) chiều chúng dây quấn A - X, B - Y, C - Z nh hình 20-4b Nh vị trí không gian từ trờng quay phần ứng F trờng hợp có chiều trùng với trục dây quấn pha A pha có dòng điện cực đại Vì từ thông xuyên qua pha A cực đại trớc s.đ.đ pha phần t chu kỳ nên s.đ.đ pha A cực đại (e A = Em) cực từ đ quay đợc góc /2 so với vị trí trục cực từ trùng với trục pha A lúc từ thông xuyên qua pha A có trị số cực đại Nh Fu E& B vậy, vị trí không gian trục Y C I& A cực từ thẳng góc với trục S Fu pha A, tức thẳng góc với chiều E& A = 90 X từ trờng F (hình 20-4b) A I&C Ta kết luận tải trở, &I B N phơng F thẳng góc với phơng Ft phản ứng phần E& C B Z Ft ứng ngang trục Hình 20-4a Ft trình bày vectơ không b) a) gian F, Ft vẽ đồ thị Hình 20-5 Đồ thị véctơ s.đ.đ (a) quan vectơ thời gian dòng điện hệ không gian từ trờng cực từ s.đ.đ o tải cảm, s.đ.đ E vợt trớc dòng điện I góc = + 900, nên thời điểm i A = Im cực từ đ quay thêm góc /2 so với vị trí trờng hợp tải trở đợc trình bày hình 20-5b Ta thấy F Ft phơng (nghĩa dọc theo trục cực từ) nhng ngợc chiều phản ứng phần ứng dọc trục khử từ Đồ thị vectơ thời gian I, E không gian F, Ft trờng hợp trình bày hình 20-5a từ trờng phần ứng(b) tải cảm E& C Ft Ft F I& A = 90o I&C E& A FFu N A X I&B E& B S Z a) C Y B b) Hình 20-6 Đồ thị vectơ (a) quan hệ không gian từ trờng cực từ từ trờng phần ứng (b) tải dung ( = =900) 97 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Nếu tải dung, s.đ.đ E chậm sau I góc 900 nghĩa = - 900, nên iA = Im cực từ phải quay thêm góc /2 đến vị trí hình 20-4b, nghĩa có vị trí nh hình 20-6b E& A Fu Fuq I&C Ft I& A FFu Fud E& B S A X I&B N Ft E& C chiều F trùng với chiều Ft phản ứng dọc trục trợ từ Đồ thị vectơ tơng ứng nh hình 20-6a Trong trờng hợp tải hỗn hợp phân tích F thành hai thành phần dọc trục ngang trục gồm: C Y B Z b) a) Hình 20-7 Đồ thị vectơ (a) quan hệ không gian từ trờng cực từ từ trờng phần ứng (b) tải hỗn hợp (0 < < 900) Fd = Fsin Fq = Fcos nh hình 20-7 Ta thấy rằng, tải có tính cảm (0 < < /2) phản ứng vừa ngang trục vừa khử từ Cũng phân tích tơng tự ta thấy, tải có tính chất dung (0 > > -/2) phản ứng phần ứng ngang trục trợ từ 20.3.2 Từ cảm từ trờng phần ứng điện kháng tơng ứng trờng hợp máy đồng cực ẩn, khe hở stato rôto mạch từ không b o hoà từ trở số Nh s.t.đ dây quấn phần ứng phân bố hình sin từ cảm dọc khe hở theo hình sin Ta có: Bm = m wk dq F = I k k k k p (20-14) từ thông tơng ứng: = 0l m Wk dq Bml = I k k p (20-15) Từ thông quay đồng với rôto cảm ứng thân dây quấn phần ứng s.đ.đ: E = fwk dq điện kháng tơng ứng: 2 0l w k dq E = 4mf x = I k k p (20-16) Thờng x = 1,1 ữ 2,3 98 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com máy đồng cực lồi, khe hở stato rôto không nên sức từ động phần ứng hình sin nhng từ cảm phân bố dọc khe hở không sin Sự phân bố không sin phụ thuộc vào góc E I nghĩa phụ thuộc vào tính chất tải, với góc khe hở dọc theo sóng sức từ động F có khác Để việc nghiên cứu đợc dễ dàng, ta phân tích s.t.đ F tải có góc thành hai thành phần dọc trục ngang trục xét từ cảm theo hai hớng có từ trở xác định Ta có: Fd = F sin = m wk dq m wk dq I sin = Id p p (20-17) Fq = F cos = m wk dq m wk dq I cos = Iq p p (20-18) đó: Id = I sin Iq = I.cos Biên độ Fd Fq trùng với trục dọc trục ngang cực từ nh hình 208 Nếu khe hở từ cảm chúng sinh phân bố hình sin (đờng hình 20-8) có biên độ: Bdm = Fd k k (20-19) Bqm = Fq k k (20-20) d q Fq Fd Budm Buqm Budm1 Buqm1 m m /2 /2 b) a) Hình 20-8 Từ trờng phần ứng dọc trục (a) ngang trục (b) máy điện cực lồi Trên thực tế khe hở không đều, từ cảm dọc ngang trục B d Bq phân bố không sin (đờng hình 20-8) phân tích thành sóng sóng bậc cao Trong máy đồng bộ, sóng bậc cao nhỏ bỏ qua Các sóng có biên độ B dml, Bdqml nhỏ Bdm, Bqm đợc biểu thị hệ số sóng từ trờng dọc ngang trục phần ứng: 99 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com k d = Bdml Bdm k q = Bqml (20-21) (20-22) Bqm Trị số kd, kq phụ thuộc hệ số mặt cực , m , đ đợc tính sẵn cho tài liệu thiết kế Cũng tính toán nh điện kháng máy cực ẩn ta có: xd = x q = 2 Ed 0l w kdq = 4mf k d Id k k d p E q Iq = 4mf 2 0l w k dq k q k k q p (20-23) (20-24) Thờng xd = 0,5 ữ 1,5; xq = 0,3 ữ 0,9 20-4 Quy đổi s.t.đ máy điện đồng Nh đ biết, chế độ xác lập tải đối xứng, s.t.đ phần ứng dòng điện tải I sinh có tác dụng khử từ trợ từ từ trờng lúc không tải cực từ dòng điện it sinh Tác dụng khử từ trợ từ tơng đơng với s.t.đ định cực từ Để xét vấn đề nói trên, ta quy đổi s.t.đ phần ứng s.t.đ cực từ nh xét đến đặc tính máy, ta dùng chung đờng cong không tải E = f(it) Ngợc lại trình độ, s.t.đ phản ứng thay đổi theo thời gian, dây quấn stato rôto có quan hệ hỗ cảm nh máy biến áp Lúc dây quấn stato coi nh dây quấn sơ cấp dây quấn kích thích nh dây quấn thứ cấp nh cần phải quy đổi dây quấn kích thích dây quấn phần ứng Dới ta xét trờng hợp qui đổi s.t.đ phần ứng s.t.đ cực từ Việc qui đổi dựa sở từ cảm hình sin s.t.đ phần ứng s.t.đ cực từ sinh phải nhau: B tm1 = Bm1 (20-25) Đối với máy cực ẩn ta có: Btml = k t Btm = k t Bml = B m = Ft k k F k k (20-26) (20-27) Kết hợp (20-25) ữ (20-27) suy s.t.đ phần ứng đ qui đổi s.t.đ cực từ (có thêm dấu phẩy): F' = F = k F = Ft kt (20-28) 100 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com k = kt Đối với máy cực lồi theo hớng dọc trục ta có: Btml = k t Btm = k t Ft k k d Bdml = k d Bdm = k d Fd k k d (20-29) (20-30) trờng hợp này, s.t.đ phần ứng dọc trục đ qui đổi s.t.đ cực từ là: Fd' = Fud kd = k d = Fd k d = Ft kt k d kt (20-31) (20-32) Cũng nh vậy, s.t.đ phần ứng ngang trục đ qui đổi s.t.đ cực từ là: Fq' = Fq kq = k q kt = Fq k q = Ft k q (20-33) (20-34) kt Các đại lợng k d, kq đợc gọi hệ số qui đổi phản ứng phần ứng Các hệ số biểu thị đợc biểu thức giải tích có liên quan với , m , đ đợc tính toán sẵn lập thành đờng cong tài liệu thiết kế Câu hỏi Phản ứng phần ứng máy điện đồng gì, phụ thuộc vào yếu tố nào? Tác dụng nó? So sánh với phản ứng phần ứng máy điện chiều Vì phải qui đổi s.t.đ phần ứng s.t.đ cực từ? ý nghĩa việc quy đổi đó? Cách tính hệ số hỗ cảm hệ số tự cảm dây quấn kích thích máy điện đồng cực lồi cực ẩn? Cách tính điện kháng dây quấn phần ứng máy cực ẩn máy cực lồi? 101 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com